实验室智能监控系统的设计与实现
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摘要
计算机技术、自动化技术和通信技术在各个领域的广泛应用,不仅推动了社会信息化的不断发展,也改变了人们日常的生活与工作方式。数字家庭、智能监控等概念的出现,使人们对智能监控系统产品充满了期待。
通过分析国内外实验室智能监控系统的发展与现状,并结合我国当前国情,提出了一种新的实验室智能监控系统的解决方案。采用嵌入式技术来降低功耗和成本,引入模块化设计和警报制度提高系统的开放性和智能性的软硬件设计思路。最终构建一个实验室智能监控系统。监测实验室环境的各种实时数据及状态,自动判断环境指数,检测外人闯入,并发出声光报警。该实验室智能监控系统能通过有线与上位机通信,能较好地满足无人值守实验室的需要。使实验室智能监控系统实现普及化。
本文主要完成的工作:分析实验室智能监控系统的特点,确立采用AVR Atmega128作为主控制器;对传感器技术进行研究,并通过分析传感器及实验室智能监控系统的特点,确定实验室智能监控系统采用的温度,湿度,酒精,二氧化碳等传感器;以AVRAtmega128为核心,向外扩展外围电路,连接温度,湿度,酒精,二氧化碳等传感器模块设计实验室智能监控系统;各个功能模块则由传感器及应用电路等组成;在系统硬件平台的基础上,μC/OS-Ⅱ在AVR Atmega128上的移植,为进一步的应用开发打下了基础;在系统硬件平台和操作系统μC/OS-Ⅱ的基础上,完成系统的应用软件设计,实现了实验室环境参数智能监控、监控中心对采集数据的存储分析、远程监控终端对采集数据的图形化显示等。
Computer technology, automation technology and communication technology have been widely used in various fields. This has not only promoted the continuous development of information society, but also changed the way of people's day-to-day life and work. The emergence of concepts of digital home, intelligent monitoring system gives people great expectations of products of intelligent monitoring systems.
This paper analyzes the development and current situation of the domestic and foreign laboratory intelligent monitoring systems. With the Combination of China's current situation,a new laboratory solutions for intelligent monitoring system is introduced. The embedded technology is used to reduce power consumption and cost. The introduction of modular design and graded warning system can improve openness and intelligence.Ultimately a laboratory intelligent monitoring system is built and popularized. The laboratory intelligent monitoring system is able to monitor various real-time data and status. An environmental index is automatically determined. Foreign invasion can be detected to give sound or light alarm. The intelligent management of the laboratory is realized. The laboratory intelligent monitoring system can communicate with a host computer through a wired or wireless communication. The laboratory intelligent monitoring system can meet the needs of unmanned laboratory.
The work completed in this paper is as follows. The characteristics of the laboratory intelligent monitoring system is analysed. AVR Atmega128 is used as the main controller. Research on sensor technology, and by analyzing the characteristics of sensor and the laboratory intelligent monitoring system, the sensors about temperature, humidity, alcohol, carbon dioxide and other sensors are determined. AVR Atmega128 is the core, the external circuits are expanded outward and connected with the temperature, humidity, alcohol, carbon dioxide and other smart sensor modules to compose a laboratory monitoring system; function modules are composed of sensors and application circuits. On the basis of system's hardware platform,μC/OS-II is transplanted to the AVR Atmega128, to lay the foundation for further application development. On the basis of system's hardware platform and operating systemμC/OS- II, system's application software design has been completed. Intelligent monitoring of laboratory environment parameters is implemented. Storage, analysis and graphical display of collected data are also implemented.
通过分析国内外实验室智能监控系统的发展与现状,并结合我国当前国情,提出了一种新的实验室智能监控系统的解决方案。采用嵌入式技术来降低功耗和成本,引入模块化设计和警报制度提高系统的开放性和智能性的软硬件设计思路。最终构建一个实验室智能监控系统。监测实验室环境的各种实时数据及状态,自动判断环境指数,检测外人闯入,并发出声光报警。该实验室智能监控系统能通过有线与上位机通信,能较好地满足无人值守实验室的需要。使实验室智能监控系统实现普及化。
本文主要完成的工作:分析实验室智能监控系统的特点,确立采用AVR Atmega128作为主控制器;对传感器技术进行研究,并通过分析传感器及实验室智能监控系统的特点,确定实验室智能监控系统采用的温度,湿度,酒精,二氧化碳等传感器;以AVRAtmega128为核心,向外扩展外围电路,连接温度,湿度,酒精,二氧化碳等传感器模块设计实验室智能监控系统;各个功能模块则由传感器及应用电路等组成;在系统硬件平台的基础上,μC/OS-Ⅱ在AVR Atmega128上的移植,为进一步的应用开发打下了基础;在系统硬件平台和操作系统μC/OS-Ⅱ的基础上,完成系统的应用软件设计,实现了实验室环境参数智能监控、监控中心对采集数据的存储分析、远程监控终端对采集数据的图形化显示等。
Computer technology, automation technology and communication technology have been widely used in various fields. This has not only promoted the continuous development of information society, but also changed the way of people's day-to-day life and work. The emergence of concepts of digital home, intelligent monitoring system gives people great expectations of products of intelligent monitoring systems.
This paper analyzes the development and current situation of the domestic and foreign laboratory intelligent monitoring systems. With the Combination of China's current situation,a new laboratory solutions for intelligent monitoring system is introduced. The embedded technology is used to reduce power consumption and cost. The introduction of modular design and graded warning system can improve openness and intelligence.Ultimately a laboratory intelligent monitoring system is built and popularized. The laboratory intelligent monitoring system is able to monitor various real-time data and status. An environmental index is automatically determined. Foreign invasion can be detected to give sound or light alarm. The intelligent management of the laboratory is realized. The laboratory intelligent monitoring system can communicate with a host computer through a wired or wireless communication. The laboratory intelligent monitoring system can meet the needs of unmanned laboratory.
The work completed in this paper is as follows. The characteristics of the laboratory intelligent monitoring system is analysed. AVR Atmega128 is used as the main controller. Research on sensor technology, and by analyzing the characteristics of sensor and the laboratory intelligent monitoring system, the sensors about temperature, humidity, alcohol, carbon dioxide and other sensors are determined. AVR Atmega128 is the core, the external circuits are expanded outward and connected with the temperature, humidity, alcohol, carbon dioxide and other smart sensor modules to compose a laboratory monitoring system; function modules are composed of sensors and application circuits. On the basis of system's hardware platform,μC/OS-II is transplanted to the AVR Atmega128, to lay the foundation for further application development. On the basis of system's hardware platform and operating systemμC/OS- II, system's application software design has been completed. Intelligent monitoring of laboratory environment parameters is implemented. Storage, analysis and graphical display of collected data are also implemented.
引文
1.金钟夫.AVR Atmega128单片机C程序设计与实践[M],北京:北京航空航天大学出版社,2008年1月,4-24.
2.李伟.IPTV关键技术及应用[M],北京:机械工业出版社,2007年8月,11-20
3.宋真君.VoIP及融合通信项目实验指导书[M],北京:电子工业出版社,2007年12月,18-19
4.孙玉.数字家庭网络总体技术[M],北京:电子工业出版社,2007年10月,25-30
5.姚永成.ADSL/DSL技术与工程实践[M],北京:机械工业出版社,2007年8月,5-9
6.王紫瑶.SOA核心技术及应用[M],北京:电子工业出版社,2008年5月1日,17-21
7.蔡月茹 柳西玲.Web Service基础教程[M],北京:清华大学出版社,2005年1月1日,30-36
8.李文正.下一代计算机网络技术[M],北京:中国水利水电出版社,2008年4月1日,40
9.陈鸣.计算机网络:自顶向下方法[M],北京:机械工业出版社,2009年1月1日,22-23
10.王志功.CMOS数字集成电路:分析与设计(第三版)[M],北京:电子工业出版社,2005年1月1日,12-16
11.刘宝旭.黑客入侵的主动防御[M],电子工业出版社,2007年11月,19-22
12.张金波.PDA用户参考手册[M],北京:中国水利水电出版社,2002年1年,40-45
13.陈菊明 邓启威.生物认证[M],北京:清华大学出版社,2004年2年1日,33-36
14.徐明.移动计算技术[M],北京:清华大学出版社,2008年9月,28-31
15.郭伟刚.Internet应用基础教程[M],北京:电子工业出版社,2002年3月1日,15-30
16.刘兰香 张秋生.Atmega128单片机应用与开发实例[M],北京:机械工业出版社,2006年1月,78-90
17.金芝.需求分析与系统设计[M],北京:机械工业出版社,2002年3月1日,11-30
18.邵贝贝.嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ(第2般)[M],北京:北京航空航天大学出版社,2003年5月30-50
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20.欧伟明.基于MCU、FPGA、RTOS的电子系统设计方法与实例[M],北京:北京航空航天大学出版社,2007年7月,63-70
21.孙鹤旭.嵌入式控制系统[M],北京:清华大学出版社,2007年5月,22-31
22.李勋 耿德根.AVR单片机应用技术[M],北京:北京航空航天大学出版社,2002年6月,102-110.
23.桑楠.嵌入式系统原理及应用开发技术[M],北京:北京航空航天大学出版社,2002年5月,45-47
24.江海波 王旧然 耿德根.深入浅出AVR单片机——从ATMega48/88/168开始[M],北京:中国电力出版社,2008年6月,56-63
25.余永权.单片机在控制系统中的应用[M],北京:电子工业出版社,2003年,79-88
26.青静.嵌入式系统设计与开发实例详解[M],北京:北京航空航天大学出版社,2005年,50-66
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42.韩斌杰.GSM原理及其网络优化[M],北京:机械工业出版社,2004年9月1日,84-92
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50.怯肇乾.基于底层硬件的软件设计[M],北京:北京航空航天大学出版社,2008年7月,27-56
51.刘兰香 张秋生.ATillega128单片机应用与开发实例[M],北京:机械工业出版社,2006年1月,14-23
52.谭浩强.C程序设计[M],北京:清华大学出版社,2002年9月47-52
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